DE19945801A1 - Apparatus and method for numerical control processing of a part being processed - Google Patents

Abstract

Es werden eine Einrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung durch numerische Steuerung von einem in Bearbeitung befindlichen Teil bzw. Zwischenteil angegeben. Es wird eine mathematische Abbildung generiert, die die Deformation des Zwischenteils, wie sie gemessen wurde, gegenüber einem Nominalmodell approximiert. Die Abbildung wird an nominelle NC Werkzeugbahnen angelegt, um modifizierte Werkzeugbahnen zu generieren, die sich in dem verformten Koordinatenraum des Zwischenteils bewegen. Als ein Ergebnis können lokale Merkmale in die Zwischenteile an angemessenen Orten eingearbeitet werden, und kontaktfreie Meßsysteme und auch Oberflächen-Endbearbeitungssysteme können sich in einem konstanteren Abstand von der Oberfläche des Zwischenteils bewegen.A device and a method for processing by numerical control of an in-process part or intermediate part are specified. A mathematical mapping is generated that approximates the deformation of the intermediate part as measured against a nominal model. The mapping is applied to nominal NC tool paths to generate modified tool paths that move in the deformed coordinate space of the intermediate part. As a result, local features can be incorporated into the intermediate parts at appropriate locations, and non-contact measuring systems and also surface finishing systems can move at a more constant distance from the surface of the intermediate part.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Bearbeitung mit numerischer Steuerung (NC) und insbesondere auf die Entwicklung eines Deformationsmodells zwischen einem Zwi­ schenteil und einem Modell von dem nominellen Teil und auf die Verwendung des Deformationsmodells, um nominelle NC Werkzeug- und Inspektionspfade zur Bearbeitung des Zwi­ schenteils zu modifizieren.The invention relates generally to a machining with numerical control (NC) and in particular on the Development of a deformation model between a Zwi and a model of the nominal part and on the use of the deformation model to nominal NC Tool and inspection paths for processing the Zwi partly to modify.

NC Bearbeitungsvorgänge gestatten im allgemeinen eine di­ rekte Verbindung von Fertigungs- bzw. Werkstattverfahren (z. B. Schmieden, maschinelle Bearbeitung oder Inspektion) mit einer mathematisch exakten Beschreibung von einem sorg­ fältig designten Teil, das auch als ein nominelles Modell bezeichnet wird. Bei diesen Typen von NC Bearbeitungsvor­ gängen ist es nicht unüblich für ein in Bearbeitung befind­ liches Teil (im folgenden als Zwischenteil (Zwischenpro­ dukt) bezeichnet), von dem nominellen Modell abzuweichen. Diese Abweichung kann eine übermäßige Einstellzeit oder so­ gar Ausschuß zur Folge haben. Betrachtet sei beispielsweise ein NC Bohrvorgang von einem Metallblechteil für eine Brennkammer mit einem Laser-Werkzeug. Bei diesem NC Bohr­ vorgang trägt ein Drehtisch das Metallblechteil, während das Laser-Werkzeug Bohrlöcher in das Teil unter einem spe­ ziellen Winkel bohrt. Ein NC Programm verwendet nominelle NC Werkzeugbahnen, die für das nominelle Modell ausgelegt sind, um die Bohrlöcher in das Teil zu bohren. Ein Problem bei dieser Operation ist, daß das tatsächliche Zwischenteil von dem nominellen Modell abweicht oder diesem gegenüber deformiert ist. Dies hat zur Folge, daß das Laser-Werkzeug die Bohrlöcher an falschen Stellen entlang der Oberfläche des Zwischenteils bohrt. Ein Teil, bei dem Löcher an fal­ schen Stellen entlang seiner Oberfläche gebohrt sind, muß üblicherweise als Ausschuß aussortiert werden. Um diesen NC Bearbeitungsfehler und andere ähnliche Fehler zu vermeiden, besteht ein Bedürfnis für eine Einrichtung und ein Verfah­ ren, die die nominellen NC Werkzeugbahnen abändern können, um sie enger an das Zwischenteil anzupassen.NC machining operations generally allow a di direct connection of production and workshop procedures (eg forging, machining or inspection) with a mathematical exact description of a sorg fully designed part, also called a nominal model referred to as. For these types of NC machining it is not uncommon for a work in progress Lich part (hereinafter as intermediate part (Zwischenpro duct)), to deviate from the nominal model. This deviation can be an excessive setup time or something even committee. For example, consider an NC drilling operation of a sheet metal part for a Combustion chamber with a laser tool. In this NC drilling process, a turntable carries the sheet metal part while the laser tool drills holes in the part under a spe drilling at a special angle. An NC program uses nominal NC tool paths designed for the nominal model are to drill the holes in the part. A problem in this operation is that the actual intermediate part deviates from or contradicts the nominal model is deformed. As a result, the laser tool the holes in wrong places along the surface  of the intermediate part drills. A part in which holes in fal holes are drilled along its surface Usually be sorted out as a committee. To this NC Avoid processing errors and other similar mistakes there is a need for a device and a procedure which can change the nominal NC tool paths, to fit them closer to the intermediate part.

Die Erfindung macht es möglich, daß die nominellen NC Werk­ zeugbahnen abgeändert werden, um an das Zwischenteil enger angepaßt zu sein, indem Formmessungen von dem Teil verwen­ det werden, um die NC Steuerbahnen zu modifizieren, die in nachfolgenden Operationen verwendet werden. Aus den Form­ messungen auf der Oberfläche des Zwischenteils wird eine mathematische Abbildung (Mapping) generiert, die die Defor­ mation des Teils approximiert, wie sie gegen das nominelle Modell gemessen wird. Die Abbildung wird auf die Werkzeug­ bahnen in dem Koordinatenraum des Originalteils angewendet, um diese Werkzeugbahnen zu modifizieren, damit sie sich in dem verformten Koordinatenraum des Zwischenteils bewegen. Ein Ergebnis der Erfindung ist, daß lokale Merkmale in die Zwischenteile an angemessenen Stellen hergestellt werden können, und kontaktfreie Meßsysteme und auch Oberflächen­ endbearbeitungssysteme können sich in einem konstanteren Abstand von der Oberfläche des Zwischenteils bewegen.The invention makes it possible that the nominal NC factory be modified to narrow to the intermediate part to be matched by taking shape measurements from the part be used to modify the NC control tracks in subsequent operations are used. From the mold Measurements on the surface of the intermediate part becomes one mathematical mapping (mapping) that generates the Defor mation of the part approximated as it is against the nominal Model is measured. The picture is on the tool applied in the coordinate space of the original part, in order to modify these tool paths, so that they are in move the deformed coordinate space of the intermediate part. A result of the invention is that local features in the Intermediate parts are made in appropriate places can, and non-contact measuring systems and also surfaces Finishing systems can be in a more constant Move distance from the surface of the intermediate part.

Erfindungsgemäß werden eine Einrichtung und ein Verfahren zur NC Bearbeitung von einem Zwischenteil bzw. Zwischenteil geschaffen. In der Einrichtung gibt es ein nominelles Mo­ dell des Zwischenteils. Eine Meßeinrichtung mißt eine Reihe von n Punkten auf dem Zwischenteil. Ein Prozessor generiert ein Deformationsmodell, das die Deformation des gemessenen Teils relativ zu dem nominellen Modell approximiert. Der Prozessor weist eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von mehreren Abbildungsfunktionen zum Abbilden von Punktor­ ten von dem Nominal- bzw. Sollmodell auf, um gemessene Orte von Punkten auf dem Zwischenteil zu approximieren. Eine Op­ timierungseinrichtung optimiert die mehreren Abbildungs­ funktionen, um den Abstand zwischen den Punktorten von dem nominellen Modell zu den gemessenen Orten von Punkten auf dem Zwischenteil zu minimieren. Eine Transformationsein­ richtung transformiert die Punktorte von dem nominellen Mo­ dell zu den gemessenen Orten von Punkten auf dem Zwischen­ teil gemäß den mehreren optimierten Abbildungsfunktionen. Eine computerisierte numerische Steuereinrichtung steuert die Bearbeitung des Zwischenteils gemäß dem Deformationsmo­ dell. Das Verfahren gemäß der Erfindung hat entsprechende ähnliche Merkmale.According to the invention, a device and a method for NC machining of an intermediate part or intermediate part created. There is a nominal Mo in the facility dell of the intermediate part. A measuring device measures a row of n points on the intermediate part. A processor is generated a deformation model that measures the deformation of the Partly approximated relative to the nominal model. The The processor has a determination device for determining of several imaging functions for imaging point from the nominal model to measured locations  to approximate points on the intermediate part. An Op The optimization device optimizes the multiple images functions to the distance between the points of the point nominal model to the measured locations of points to minimize the intermediate part. A transformation direction transforms the point locations from the nominal Mo dell to the measured locations of points on the intermediate part according to the several optimized mapping functions. A computerized numerical controller controls the machining of the intermediate part according to the deformation Mo dell. The method according to the invention has corresponding similar features.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert.The invention will now be with further features and advantages based on the description and drawing of Ausführungsbei explain in more detail.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm von einer Einrichtung zur NC Bearbeitung von einem Zwischenteil gemäß der Erfindung; Fig. 1 shows a block diagram of a device for NC machining of an intermediate part according to the invention;

Fig. 2 zeigt ein Fließbild mit den Schritten zum Generie­ ren eines Deformationsmodells gemäß der Erfindung; Fig. 2 shows a flow chart with the steps for Generie Ren a deformation model according to the invention;

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung von Punktpaa­ ren, die zwischen den Oberflächen von einem nominellen Mo­ dell und einem Zwischenteil gemäß der Erfindung generiert werden; Fig. 3 shows a schematic representation of Punktpaa ren, which are generated between the surfaces of a nominal Mo model and an intermediate part according to the invention;

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung von Oberflä­ chenpunkten eines nominellen Modells, die so transformiert sind, daß sie sich auf oder im wesentlichen nahe einer Oberfläche des Zwischenteils gemäß der Erfindung befinden; Fig. 4 is a schematic representation of surface points of a nominal model transformed to lie on or substantially near a surface of the intermediate member according to the invention;

Fig. 5 zeigt ein Fließbild mit den Schritten zum Modifi­ zieren von nominellen computerisierten NC Werkzeugbahnen zu deformierten Werkzeugbahnen gemäß der Erfindung; Fig. 5 is a flow chart showing the steps of modifying nominal computerized NC tool paths to deformed tool paths according to the invention;

Fig. 6 zeigt eine schematische Anordnung der nominellen computerisierten NC Modell-Werkzeugbahnen, die zu dem Zwi­ schenteil gemäß der Erfindung abgebildet sind; Fig. 6 shows a schematic arrangement of the nominal computerized NC model tool paths, which are shown to the inter mediate part according to the invention;

Fig. 7 zeigt eine schematische Anordnung der nominellen computerisierten NC Modell-Werkzeugbahnen, die transfor­ miert sind, um sich auf oder im wesentlichen nahe der Ober­ fläche des Zwischenteils gemäß der Erfindung zu befinden; Fig. 7 shows a schematic arrangement of the nominal computerized NC model tool paths which are transformed to be on or substantially near the upper surface of the intermediate part according to the invention;

Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm von einem NC Fertigungsver­ fahren, das gemäß der Erfindung arbeitet; und Fig. 8 shows a block diagram of an NC manufacturing process which operates in accordance with the invention; and

Fig. 9 zeigt eine schematische Anordnung von einem Ergeb­ nis von einem NC Fertigungsverfahren, das nicht gemäß der Erfindung arbeitet. Fig. 9 shows a schematic arrangement of a result of an NC manufacturing method which does not work according to the invention.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm von einem System bzw. einer Einrichtung 10 zur NC Bearbeitung von einem in Bearbeitung befindlichen Teil bzw. Zwischenteil 11 gemäß der Erfindung. Die NC Bearbeitungseinrichtung 10 enthält eine Reihe von Messungen 12, die von dem Zwischenteil 11 durch ein Meßsy­ stem 13 erhalten werden. Die Messungen sind in dem x, y, z Koordinatensystem, das als das gemessene Koordinatensystem bezeichnet wird. Bei der Erfindung kann des Meßsystem 13 eine bekannte Meßvorrichtung sein, wie beispielsweise eine Koordinaten-Meßmaschine (CMM von coordinate measuring ma­ chine), eine Röntgen-Abtastmaschine, eine optische Ab­ tastmaschine oder eine Ultraschall-Abtastmaschine, die die Reihe von Messungen des Teils erhält. Das NC Bearbeitungs­ system 10 enthält auch ein Modell 14 von einem Nominal- oder Sollteil, wie das Zwischenteil aussehen soll, nachdem es einen bestimmten Fertigungsvorgang durchlaufen hat. Das nominelle Modell enthält mehrere Orte in dem X, Y, Z Koordi­ natensystem und wird als das Nominalmodell- Koordinatensystem bezeichnet. Fig. 1 shows a block diagram of a system or device 10 for NC machining of an in-process part 11 according to the invention. The NC processing device 10 includes a series of measurements 12 , which are obtained from the intermediate part 11 by a Meßsy system 13 . The measurements are in the x, y, z coordinate system, which is referred to as the measured coordinate system. In the invention, the measuring system 13 may be a known measuring device, such as a coordinate measuring machine (CMM), an X-ray scanning machine, an optical scanning machine or an ultrasonic scanning machine which receives the series of measurements of the part , The NC machining system 10 also includes a model 14 of a nominal or desired part of what the intermediate part should look like after it has gone through a particular manufacturing process. The nominal model contains multiple locations in the X, Y, Z coordinate system and is referred to as the nominal model coordinate system.

Ein Computer 16 empfängt die Reihe von Teilemessungen 12 und das Nominalmodell 14 und generiert ein Deformationsmo­ dell, das die Deformation des gemessenen Teils relativ zu dem Nominalmodell approximiert. Bei der Erfindung ist der Computer ein Allzweckcomputer, wie beispielsweise eine Workstation, ein Personal-Computer oder eine Maschinen­ steuerung. Der Computer 16 enthält einen Prozessor und ei­ nen Speicher mit einem Arbeitsspeicher (RAM), einem Fest­ wertspeicher (ROM) und/oder andere Komponenten. Mit dem Computer 16 verbunden sind ein Monitor 18, eine Tastatur 20 und eine Maus-Vorrichtung 22. Für den Fachmann ist ver­ ständlich, daß der Computer ohne die Verwendung der Tasta­ tur und der Maus arbeiten kann. Der Computer 16 arbeitet unter der Steuerung eines Betriebssystems, das in dem Spei­ cher gespeichert ist, um Daten, wie beispielsweise die Rei­ he von Teilemessungen und das Nominalmodell, für einen Ope­ rator auf dem Display von dem Monitor 18 zu präsentieren und Befehle von dem Operator über die Tastatur 20 und Maus- Vorrichtung 22 zu empfangen und zu verarbeiten. Der Compu­ ter 16 generiert das Deformationsmodell, wobei er ein oder mehrere Computerprogramme oder Applikationen über ein gra­ fisches Benutzer-Interface verwendet. Nachfolgend ist eine detailliertere Erörterung angegeben, wie der Computer 16 das Deformationsmodell generiert. Ein computerlesbares Me­ dium, wie zum Beispiel eine oder mehrere herausnehmbare Da­ tenspeichervorrichtungen 24, wie beispielsweise ein Disket­ tenlaufwerk oder eine fest eingebaute Datenspeichervorrich­ tung 26, wie beispielsweise eine Festplatte, ein CD-ROM- Laufwerk oder ein Bandlaufwerk, verkörpern real das Be­ triebssystem und die Computerprogramme, die die Erfindung implementieren. Die Programme sind in C programmiert, es können aber auch andere Sprachen, wie beispielsweise FORTRAN, C++ oder JAVA verwendet werden.A computer 16 receives the series of part measurements 12 and the nominal model 14 and generates a deformation model that approximates the deformation of the measured part relative to the nominal model. In the invention, the computer is a general-purpose computer, such as a workstation, a personal computer or a machine control. The computer 16 includes a processor and a memory with a random access memory (RAM), a fixed memory (ROM) and / or other components. Connected to the computer 16 are a monitor 18 , a keyboard 20 and a mouse device 22 . It is understood by those skilled in the art that the computer can operate without the use of the keyboard and the mouse. The computer 16 operates under the control of an operating system stored in the memory to present data, such as the series of part measurements and the nominal model, to an operator on the display of the monitor 18 and commands from the operator via the keyboard 20 and mouse device 22 to receive and process. The computer 16 generates the deformation model using one or more computer programs or applications via a graphical user interface. The following is a more detailed discussion of how the computer 16 generates the deformation model. A computer-readable medium, such as one or more removable data storage devices 24 , such as a diskette drive or fixed data storage device 26 , such as a hard disk, CD-ROM drive, or tape drive, truly embody the operating system and the computer programs implementing the invention. The programs are programmed in C, but other languages can also be used, such as FORTRAN, C ++ or JAVA.

Das NC Bearbeitungssystem 10 weist auch nominelle compute­ risierte NC (CNC) Werkzeugbahnen 28 auf zum Betreiben eines bestimmten Werkzeuges zur Fertigung des Zwischenteils. Nach dem Generieren des Deformationsmodells modifiziert der Com­ puter 16 die nominellen CNC Werkzeugbahnen 28 auf das ge­ messene Koordinatensystem des Teils gemäß dem Deformations­ modell. Es folgt eine detailliertere Erörterung, wie der Computer 16 die nominellen CNC Werkzeugbahnen 28 modifi­ ziert. Die Modifikation der nominellen CNC Werkzeugbahnen hat deformierte Werkzeugbahnen 30 zur Folge. Eine numeri­ sche Computer-Steuerung (CNC) 32 verwendet die deformierten Werkzeugbahnen 30, um das Teil 11 zu bearbeiten.The NC machining system 10 also includes nominal computerized NC (CNC) tool paths 28 for operating a particular tool for manufacturing the intermediate part. After generating the deformation model, the computer 16 modifies the nominal CNC tool paths 28 to the measured coordinate system of the part according to the deformation model. The following is a more detailed discussion of how the computer 16 modifies the nominal CNC tool paths 28 . The modification of the nominal CNC tool paths results in deformed tool paths 30 . A computer numerical control (CNC) 32 uses the deformed tool paths 30 to machine the part 11 .

Fig. 2 zeigt ein Fließbild, das die Schritte zum Generie­ ren des Deformationsmodell gemäß der Erfindung erläutert. Der Computer erhält bei 34 eine Reihe von n (x, y, z) Punk­ ten, die auf dem Zwischenteil gemessen sind. Als nächstes erhält der Computer das Nominalmodell des Teils bei 36. Der Computer generiert dann eine Reihe von n Paarungen zwischen Punkten (X, Y, Z) des Nominalmodells und der Reihe von ge­ messenen Punkten (x, y, z) auf dem Teil bei 38. Jede der n Paarungen zwischen dem Nominalmodell und der gemessenen Reihe von n Punkten entsprechen sich im wesentlichen einan­ der. Fig. 3 zeigt eine schematische Anordnung von Punkt­ paarungen, die zwischen den Oberflächen von dem Nominalmo­ dell 14 und den Messungen 12 des Zwischenteils erzeugt sind. Die gemessenen Punkte (x_i, y_i, z_i) auf dem Zwischen­ teil sind Punkte und Vektoren in dem gemessenen Koordina­ tensystem, während die Punkte (X_i, Y_i, Z_i) auf dem Nominal­ modell Punkte und Vektoren in dem Nominalmodell-Koordina­ tensystem sind. Fig. 3 zeigt, daß die Punktpaarungen, die zwischen den Oberflächen von dem Nominalmodell 14 und den Messungen 12 des Zwischenteils erzeugt sind, wie folgt sind:
Fig. 2 shows a flowchart illustrating the steps for Generie Ren of the deformation model according to the invention. The computer receives at 34 a series of n (x, y, z) points measured on the intermediate part. Next, the computer gets the nominal model of the part at 36 . The computer then generates a series of n matches between points (X, Y, Z) of the nominal model and the series of measured points (x, y, z) on the part at 38 . Each of the n pairings between the nominal model and the measured series of n points are substantially equal to each other. Fig. 3 shows a schematic arrangement of dot pairings, which are generated between the surfaces of the nominal model 14 and the measurements 12 of the intermediate part. The measured points (x _i , y _i , z _i ) on the intermediate part are points and vectors in the measured coordinate system, while the points (X _i , Y _i , Z _i ) on the nominal model point and vectors in the nominal model Coordinate system are. Fig. 3 shows that the point pairings generated between the surfaces of the nominal model 14 and the measurements 12 of the intermediate part are as follows:

Teilpart NominalNominal x₁, y₁, z₁ →x ₁ , y ₁ , z ₁ → X₁, Y₁, Z₁ X ₁ , Y ₁ , Z ₁ x₂, y₂, z₂ →x ₂ , y ₂ , z ₂ → Z₂, Y₂, Z₂ Z ₂ , Y ₂ , Z ₂ x₃, y₃, z₃ →x ₃ , y ₃ , z ₃ → Z₃, Y₃, Z₃ Z ₃ , Y ₃ , Z ₃ ., ., ., ., ., ., x_n, y_n, z_n →x _n, y _n, z _n → Z_n, Y_n, Z_n Z _n, Y _n, Z _n

Zu Fig. 2 zurückkehrend, der Computer ermittelt, nach dem Generieren der Reihe von n Paarungen zwischen Nominalmo­ dellpunkten und den gemessenen Punkten auf dem Zwischen­ teil, bei 40 eine Anzahl von Abbildungs- bzw. Mappingfunk­ tionen für Abbildungspunktorte von dem Nominalmodell, um die gemessenen Orte von Punkten auf dem Teil anzunähern. Die Anzahl von Abbildungsfunktionen weist einen Satz von Funktionen f₁, f₂, f₃ auf, die die Nominalmodell-Punktorte X_i, Y_i, Z_i abbilden, um die Orte der gemessenen Teilepunkte x_i, y_i, z_i anzunähern. Der Satz von Abbildungsfunktionen ist wie folgt:
Returning to FIG. 2, after generating the series of n pairs between nominal model points and the measured points on the intermediate portion, at 40 , the computer determines a number of mapping functions for mapping point locations from the nominal model by the measured ones Approximate locations of points on the part. The number of mapping functions comprises a set of functions f ₁ , f ₂ , f ₃ that map the nominal model point locations X _i , Y _i , Z _{i to} approximate the locations of the measured subpoints x _i , y _i , z _i . The set of mapping functions is as follows:

AL=L<f₁ AL = L <f ₁ (X_i (X _i , Y_i , Y _i , Z_i , Z _i )-x_i ) -x _i = X_iFehler = X _ierror f₂(X_i, Y_i, Z_i)-y_i = Y_iFehler f ₂ (X _i , Y _i , Z _i ) -y _i = Y _{i Error} i = 1, . . ., i, . . ., ni = 1,. , ., i,. , ., n AL=L<f₃ AL = L <f ₃ (X_i (X _i , Y_i , Y _i , Z_i , Z _i )-z_i ) -z _i = Z_iFehler = Z _ierror

wobei X_iFehler where X _{i is error}

, Y_iFehler , Y _{i mistake}

und Z_iFehler and Z _{i error}

die Differenzen zwischen den Nominalmodell-Punktorten und den gemessenen Teileorten sind. Für den Fachmann ist erkennbar, daß andere mathemati­ sche Funktionen, wie beispielsweise polynominale Funktio­ nen, trigonometrische Funktionen oder logische Funktionen als die Abbildungsfunktionen verwendet werden können.the differences between the Nominal model point locations and measured parts locations are. For the expert it is recognizable that other mathemati such functions as polynomial functio NEN, trigonometric functions or logical functions as the mapping functions can be used.

Als nächstes optimiert der Computer 16 bei 42 die Abbil­ dungs- bzw. Mappingfunktionen, um den Abstand zwischen den Punktorten von dem Nominalmodell zu den gemessenen Orten der Punkte auf dem Zwischenteil zu minimieren. Der Computer benutzt die folgende Optimierungsfunktion, um den Abstand zwischen den Punktorten von dem Nominalmodell zu den gemes­ senen Orten der Punkte auf dem Zwischenteil zu minimieren:
Next, at 42, the computer 16 optimizes the mapping functions to minimize the distance between the point locations from the nominal model to the measured locations of the points on the intermediate portion. The computer uses the following optimization function to minimize the distance between the point locations from the nominal model to the measured locations of the points on the intermediate part:

Für den Fachmann ist erkennbar, daß andere mathematische Funktionen als die Optimierungsfunktion verwendet werden können. Beispielsweise kann in Abhängigkeit von dem ge­ wünschten Ergebnis die Optimierungsfunktion sein:
It will be appreciated by those skilled in the art that mathematical functions other than the optimization function may be used. For example, depending on the desired result, the optimization function may be:

Nach dem Optimieren der Abbildungsfunktionen transformiert dann der Computer bei 44 die Punktorte von dem Nominalmo­ dell zu den gemessenen Orten der Punkte auf dem Zwischen­ teil. Genauer gesagt, wirken die optimieren Funktionen als Basisfunktionen, um die Koordinaten und Vektoren des Nomi­ nalmodells zu transformieren, um die in dem Zwischenteil gemessenen Deformationen widerzuspiegeln; das Ergebnis ist ein Satz deformierten Koordinaten und Vektoren, die in das Zwischenteil abgebildet sind. Die Transformation ermög­ licht, daß der Ursprungssatz von Nominalmodell-Punkten auf oder im wesentlichen nahe an den tatsächlichen gemessenen Punkten liegt. Fig. 4 zeigt eine schematische Anordnung von Nominalmodell-Oberflächenpunkten, die transformiert sind, um auf oder im wesentlichen nahe einer Zwischenteil­ fläche zu liegen.After optimizing the mapping functions, the computer then transforms at 44 the point locations from the nominal model to the measured locations of the points on the intermediate part. More specifically, the optimizing functions act as basis functions to transform the coordinates and vectors of the nominal model to reflect the deformations measured in the intermediate part; the result is a set of deformed coordinates and vectors mapped into the intermediate part. The transformation allows the original set of nominal model points to be at or substantially close to the actual measured points. Fig. 4 shows a schematic arrangement of nominal model surface points that are transformed to lie on or substantially near an intermediate part surface.

Nach dem Transformieren des Nominalmodells in das Zwischen­ teil modifiziert der Computer 16 die CNC Werkzeugbahnen 28 in das gemessene Koordinatensystem von dem Teil gemäß dem Deformationsmodell. Die Modifikation der nominellen CNC Werkzeugbahnen 28 hat die deformierten Werkzeugbahnen 30 zur Folge, die die CNC Steuerung 32 benutzt, um ein be­ stimmtes NC Fertigungsverfahren zu steuern. Fig. 5 zeigt ein Fließbild von den Schritten zum Modifizieren der nomi­ nellen CNC Werkzeugbahnen in die deformierten Werkzeugbah­ nen gemäß der Erfindung. Der Computer erhält die nominellen CNC Werkzeugbahnen bei 46. Die nominellen CNC Werkzeugbah­ nen weisen eine Anzahl von Punkten und Vektoren in dem No­ minalmodell-Koordinatensystem auf. Fig. 6 zeigt eine sche­ matische Anordnung von den nominellen CNC Modellwerkzeug­ bahnen, die in das Zwischenteil abgebildet sind. After transforming the nominal model into the intermediate part, the computer 16 modifies the CNC tool paths 28 into the measured coordinate system of the part according to the deformation model. The modification of the nominal tool paths CNC 28 is in the deformed tool paths 30 to the sequence used by the CNC controller 32 to control a be-determined NC manufacturing process. Fig. 5 shows a flow chart of the steps for modifying the nominal CNC tool paths in the deformed Werkzeugbah NEN according to the invention. The computer receives the nominal CNC toolpaths at 46 . The nominal CNC toolpaths have a number of points and vectors in the nominal model coordinate system. Fig. 6 shows a cal schematic arrangement of the nominal CNC model tool paths, which are imaged in the intermediate part.

Es wird wieder auf Fig. 5 bezug genommen; nachdem die no­ minellen CNC Werkzeugbahnen erhalten sind, empfängt der Computer dann die optimierten Abbildungs- bzw. Mappingfunk­ tionen bei 48. Der Computer wendet bei 50 die optimierten Abbildungsfunktionen auf die nominellen CNC Werkzeugbahnen an. Genauer gesagt, bewegen für jeden Punkt und Vektor, die die nominellen CNC Werkzeugbahnen aufweisen, die Abbil­ dungsfunktionen die Werkzeugbahn in eine geeignete Orien­ tierung und Position in bezug auf das deformierte Zwischen­ teil. Die Abbildungsfunktionen bewegen die Werkzeugbahn in eine geeignete Orientierung und Position mit dem deformier­ ten Zwischenteil, indem die Koordinaten des ursprünglichen NC Programms in die Abbildungs- bzw. Mappingfunktionen f₁, f₂, f₃ ersetzt werden. Die Abbildungsfunktionen werden dann evaluiert, um einen x, y, z Punkt in der Nähe mit der Zwischenteilfläche zu vergleichen. Nach dem Anwenden der optimierten Abbildungsfunktionen auf die CNC Teilebahnen generiert der Computer die deformierten Werkzeugbahnen bei 52. Fig. 7 zeigt eine schematische Anordnung von den nomi­ nellen CNC Modellwerkzeugbahnen, die transformiert sind, um auf oder im wesentlichen nahe der Oberfläche von dem Zwi­ schenteil zu liegen. Die CNC Steuerung benutzt dann bei 54 die deformierten Werkzeugbahnen, um das Zwischenteil zu be­ arbeiten. Referring again to Fig. 5; After the no-min CNC trajectories are obtained, the computer then receives the optimized mapping functions at 48 . The computer applies the optimized mapping functions to the nominal CNC toolpaths at 50 . More specifically, for each point and vector having the nominal CNC tool paths, the imaging functions move the tool path into a suitable orientation and position with respect to the deformed intermediate part. The mapping functions move the tool path into an appropriate orientation and position with the deformed intermediate section by replacing the coordinates of the original NC program with the mapping functions f ₁ , f ₂ , f ₃ . The mapping functions are then evaluated to compare an x, y, z point in the vicinity with the intermediate subarea. After applying the optimized mapping functions to the CNC part paths, the computer generates the deformed tool paths at 52 . Fig. 7 shows a schematic arrangement of the nominal CNC modeling tool paths which are transformed to lie on or substantially near the surface of the intermediate part. The CNC controller then uses the deformed tool paths at 54 to work the intermediate part.

Wie oben ausgeführt wurde, benutzt die CNC Steuerung 32 die deformierten Werkzeugbahnen, um ein bestimmtes NC Verfahren zu steuern. Fig. 8 zeig ein Blockdiagramm von einem NC Verfahren, das gemäß der Erfindung arbeitet. Der in Fig. 8 gezeigte Typ des NC Verfahrens ist ein NC Bohrvorgang von einem Metallblechteil 55 für eine Brennkammer mit einem La­ ser-Werkzeug 56. Für den Fachmann wird deutlich, daß der in Fig. 8 dargestellte Vorgang die Erfindung nicht beschrän­ ken soll. Tatsächlich kann die Erfindung in einer Vielfalt von NC Verfahren benutzt werden, wie beispielsweise bei der maschinellen Bearbeitung, Prüfung, Schmieden, kontaktfreien Meßsystemen, Oberflächen-Endbearbeitungssystemen usw. Bei dem NC Bohrvorgang trägt ein Drehtisch 58 das Metallblech­ teil 55, während das Laser-Werkzeug 56 ein Muster von Bohr­ löchern 60 unter einem speziellen Winkel in das Teil bohrt. Die CNC Steuerung 32 kann entweder den Tisch 58 drehen und die Bohrlöcher 60 mit dem Laser bohren oder sie kann den Laser um das Metallblechteil 55 herum drehen.As stated above, the CNC controller 32 uses the deformed tool paths to control a particular NC method. Fig. 8 shows a block diagram of an NC method operating in accordance with the invention. The type of NC process shown in FIG. 8 is an NC drilling operation of a sheet metal part 55 for a combustion chamber with a laser tool 56 . It will be apparent to those skilled in the art that the process illustrated in FIG. 8 is not intended to limit the invention. In fact, the invention can be used in a variety of NC processes, such as machining, testing, forging, non-contact measurement systems, surface finishing systems, etc. In the NC drilling process, a turntable 58 carries the metal sheet 55 while the laser tool 56 drills a pattern of holes 60 at a specific angle into the part. The CNC controller 32 may either rotate the table 58 and drill the holes 60 with the laser or it may rotate the laser around the sheet metal part 55 .

Ohne die Verwendung der Erfindung würde die CNC Steuerung 32 die Bohrlöcher 60 an falschen Orten entlang der Oberflä­ che des Teils 55 bohren, weil sie programmiert ist, um die Löcher für eine Nominal- oder Sollform zu bohren. Fig. 9 zeigt eine schematische Anordnung von Lochortfehlern, die ohne die Verwendung der Erfindung entstehen würden. Genauer gesagt, würde der Laser 56 ein Loch 60 gemäß dem Nominalmo­ dell 14 bohren, das an einem falschen Ort entlang der Ober­ fläche des Teils 55 liegen würde. Fig. 9 stellt die Diffe­ renz in der Lage des Ortes durch die Angabe "Fehler" dar. Ein Teil 55, das Löcher 60 hat, die an falschen Orten ent­ lang seiner Oberfläche gebohrt sind, muß üblicherweise als Ausschuß aussortiert werden. Da gemäß der Erfindung die De­ formation zwischen dem Nominalmodell und dem Metallblech­ teil berücksichtigt wird, kann die CNC Steuerung 32 die de­ formierten Werkzeugbahnen 30, die daraus generiert sind, verwenden, um sicherzustellen, daß bei dem Teil die Löcher in die richtigen Stellen gebohrt sind.Without the use of the invention, the CNC controller 32 would drill the drilled holes 60 at incorrect locations along the surface of the part 55 because it is programmed to drill the holes for a nominal shape. Fig. 9 shows a schematic arrangement of pinhole errors that would arise without the use of the invention. More specifically, the laser 56 would drill a hole 60 according to the Nominalmo model 14 , which would lie in a wrong place along the upper surface of the part 55 . Figure 9 illustrates the difference in location of the location by the term "error." A portion 55 having holes 60 drilled at incorrect locations along its surface must usually be rejected as scrap. Since according to the invention, the De formation between the nominal model and the sheet metal part is taken into account, the CNC control 32, the de-formed tool paths 30 , which are generated from it, use to ensure that the holes are drilled in the right places in the part ,

Claims (10)

1. Einrichtung zur NC Bearbeitung von einem in Bearbeitung befindlichen Teil bzw. Zwischenteil (11), enthaltend:
ein Nominalmodell (14) von dem Zwischenteil (11),
eine Einrichtung (13) zum Messen einer Reihe von n Punkten auf dem Zwischenteil (11),
einen Prozessor (16) zum Generieren eines Deformations­ modells, das die Deformation des gemessenen Teils rela­ tiv zu dem Nominalmodell (14) approximiert, wobei der Prozessor enthält:
eine Einrichtung zum Ermitteln einer Anzahl von Abbil­ dungs- bzw. Mappingfunktionen zum Abbilden von Punktor­ ten von dem Nominalmodell (14), um gemessene Orte von Punkten auf dem Zwischenteil (11) zu approximieren,
eine Einrichtung zum Optimieren der mehreren Abbil­ dungsfunktionen, um den Abstand zwischen den Punktorten von dem Nominalmodell (14) zu den gemessenen Orten von Punkten auf dem Zwischenteil (11) zu minimieren,
eine Einrichtung zum Transformieren der Punktorte von dem Nominalmodell (14) zu den gemessenen Orten von Punkten auf dem Zwischenteil (11) gemäß der Anzahl von optimierten Abbildungsfunktionen, und
eine computerisierte numerische Steuerung (32) zum Steuern der Bearbeitung des Zwischenteils (11) gemäß dem Deformationsmodell.1. A device for NC machining of an in-process part or intermediate part ( 11 ), comprising:
a nominal model ( 14 ) of the intermediate part ( 11 ),
a device ( 13 ) for measuring a series of n points on the intermediate part ( 11 ),
a processor ( 16 ) for generating a deformation model approximating the deformation of the measured part relative to the nominal model ( 14 ), the processor including:
means for determining a plurality of mapping functions for mapping punctures from the nominal model ( 14 ) to approximate measured locations of points on the intermediate portion ( 11 ),
means for optimizing the plurality of mapping functions to minimize the distance between the point locations from the nominal model ( 14 ) to the measured locations of points on the intermediate portion ( 11 );
means for transforming the dot locations from the nominal model ( 14 ) to the measured locations of points on the intermediate portion ( 11 ) according to the number of optimized mapping functions, and
a computerized numerical controller ( 32 ) for controlling the machining of the intermediate part ( 11 ) according to the deformation model. 2. Verfahren zur NC Bearbeitung von einem in Bearbeitung befindlichen Teil bzw. Zwischenteil (11), enthaltend:
Bereitstellen eines Nominalmodells (14) von dem Zwi­ schenteil (11),
Messen einer Reihe von n Punkten auf dem Zwischenteil (11),
Ermitteln von einer Anzahl von Abbildungs- bzw. Map­ pingfunktionen zum Abbilden von Punktorten von dem No­ minalmodell (14), um gemessene Orte von Punkten auf dem Zwischenteil (11) zu approximieren,
Optimieren der Anzahl von Abbildungsfunktionen, um den Abstand zwischen den Punktorten von dem Nominalmodell (14) zu den gemessenen Orten von Punkten auf dem Zwi­ schenteil (11) zu minimieren,
Transformieren der Punktorte von dem Nominalmodell (14) zu den gemessenen Orten von Punkten auf dem Zwischen­ teil (11) gemäß der Anzahl von optimierten Abbildungs­ funktionen und
Steuern der Bearbeitung des Zwischenteils (11) gemäß der Transformation.2. A method for NC machining of an in-process part or intermediate part ( 11 ), comprising:
Providing a nominal model ( 14 ) of the intermediate part ( 11 ),
Measuring a series of n points on the intermediate part ( 11 ),
Determining a plurality of mapping functions for mapping point locations from the nominal model ( 14 ) to approximate measured locations of points on the intermediate portion ( 11 ),
Optimizing the number of mapping functions to minimize the distance between the locations of points from the nominal model ( 14 ) to the measured locations of points on the interface ( 11 );
Transforming the dot locations from the nominal model ( 14 ) to the measured locations of points on the intermediate portion ( 11 ) according to the number of optimized mapping functions and
Controlling the processing of the intermediate part ( 11 ) according to the transformation. 3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Reihe von n Paa­ rungen von Punkten zwischen dem Nominalmodell und der gemessenen Reihe von n Punkten auf dem Zwischenteil (11) generiert werden, wobei sich die Paarungen zwi­ schen dem Nominalmodell (14) und der gemessenen Reihe von n Punkten jeweils einander im wesentlichen entspre­ chen.3. The method of claim 2, wherein a series of n pairs of points are generated between the nominal model and the measured series of n points on the intermediate part ( 11 ), the pairings being between the nominal model ( 14 ) and the measured series of n points in each case substantially corre sponding Chen. 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die gemessene Reihe von n Punkten auf dem Zwischenteil (11) in einem x, y, z Koordinatensystem sind und Punkte des Nominalmodells (14) in einem X, Y, Z Koordinatensystem sind.The method of claim 3, wherein the measured series of n points on the intermediate part ( 11 ) are in an x, y, z coordinate system and points of the nominal model ( 14 ) are in an X, Y, Z coordinate system. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Anzahl von Abbil­ dungsfunktionen Funktionen f₁, f₂, f₃ zum Abbilden von Nominalmodell-Punktorten X_i, Y_i, Z_i aufweisen, um Punk­ torte x_i, y_i, z_i zu approximieren, wobei:
AL=L CB=3<f₁ (X_i , Y_i , Z_i )-x_i = X_iFehler f₂(X_i, Y_i, Z_i)-y_i = Y_iFehler i = 1, . ., i, . . . n AL=L<f₃ (X_i , Y_i , Z_i )-z_i = Z_iFehler wobei X_iFehler, Y_iFehler und Z_iFehler die Differenzen zwischen den Nominalmodell-Punktorten und den Orten des gemesse­ nen Teils sind.5. The method of claim 4, wherein the number of Abbil connection operations functions f _1, f _2, f ₃ have for mapping nominal model dot locations X _i, Y _i, Z _i to punk pie x _i, y _i, z _i approximate, where:
AL = L CB = 3 <f ₁ (X _i , Y _i , Z _i ) -x _i = X _ierror f ₂ (X _i , Y _i , Z _i ) -y _i = Y _{i Error} i = 1,. ., i,. , , n AL = L <f ₃ (X _i , Y _i , Z _i ) -z _i = Z _ierror where X _{i error} , Y _{i error} and Z _{i error are} the differences between the nominal model point locations and the locations of the measured part. 6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Optimierung den Abstand zwischen den Punktorten von dem Nominalmodell (14) zu den gemessenen Orten der Punkte auf dem Zwi­ schenteil (11) mit einer Minimierungsfunktion mini­ miert.6. A method according to claim 5, wherein the optimization minimizes the distance between the dot locations of the nominal model ( 14 ) to the measured locations of the dots on the intermediate portion ( 11 ) with a minimization function. 7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Transformation die Punktorte von dem Nominalmodell (14) transformiert, um auf oder im wesentlich nahe den gemessenen Orten von Punkten auf dem Zwischenteil (11) zu liegen.The method of claim 2, wherein the transformation transforms the dot locations of the nominal model ( 14 ) to lie at or substantially near the measured locations of points on the intermediate portion ( 11 ). 8. Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Anzahl von nomi­ nellen computerisierten numerisch gesteuerten Werkzeug­ bahnen (28) zum Bearbeiten des Zwischenteils (11) er­ halten wird.8. The method of claim 2, wherein a number of nominal computerized numerically controlled tool tracks ( 28 ) for processing the intermediate portion ( 11 ) will hold it. 9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die mehreren nominel­ len computerisierten numerisch gesteuerten Werkzeugbah­ nen (28) gemäß der Transformation zu dem Koordinatensy­ stem des Zwischenteils (11) modifiziert werden.The method of claim 8, wherein the plurality of nominal computerized numerically controlled tool rails ( 28 ) are modified according to the transformation to the coordinate system of the intermediate portion ( 11 ). 10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Bearbeitung des Zwischenteils (11) gemäß den modifizierten Werkzeugbah­ nen (30) gesteuert wird.10. The method of claim 9, wherein the processing of the intermediate part ( 11 ) according to the modified Werkzeugbah NEN ( 30 ) is controlled.